时间:2023-01-16 23:54:37
导言:作为写作爱好者,不可错过为您精心挑选的10篇幸福的港湾,它们将为您的写作提供全新的视角,我们衷心期待您的阅读,并希望这些内容能为您提供灵感和参考。
“安全”,一个普通词语,但它又重若千钧。“注意安全!”一块再重要不过的警示牌,屹立在人生的十字路口,指引着人们延伸自己美好的人生轨迹。
对我们施工单位而言,安全最重要的是人身及财产安全保证。施工现场,一念之差,出了事故,往往国家受损失不说,自己和同事轻则受皮肉之苦,重则缺胳膊少腿,甚至连生命都没有了。因此,在京沪高铁施工现场,“安全第一,预防为主!”“责任重于泰山!”“喝酒请勿进场!”等安全警示标牌赫然屹立在京沪高速铁路桥墩上、十几米高的龙门吊上,时刻提醒着管理者和建设者们:请注意安全!
天,依旧是冰冷的,没有一丝温度。
在弟弟的欢呼声中,淡出了几分寒意——我们决定去旅行。坐上了小轿车,才觉得天气还是那么的寒冷,我轻轻地把头靠在妈妈的肩膀上,妈妈还挺乐意的呢!
我又把手放在妈妈温暖而又粗糙的掌心,咦?似乎暖了些。我闭上双眼回忆往事。
隐约记得小时候……
那时的我,很幸福,被妈妈搂在怀抱,悠然入睡。长大后,唯一能代替的,就只有那个褪色的小熊。
思绪在颠簸中停止了。
那双充满回忆的手挣脱了。
放洗了回忆。
我渴望在爱的港湾中,重新感到温暖……
很荣幸参加今天的演讲,我演讲的题目是《让安全构筑生命幸福的港湾》。
走进公司北工作区,映入眼帘的是,拔地而起的中心库,座落有致的轻钢厂房,整齐有序的生产现场,精神勃发的集信员工,这所有的一切构成了一幅繁荣昌盛的发展画卷。可是您知道吗,有多少不安全因素正悄悄潜伏在这蓬勃发展的美好前景之中,企图打破我们宁静安稳的生活。
今年47岁的陈克胜是二师铁门关市中联客运有限公司社政事务管理中心的主任。她的家庭和大多数家庭一样,是一个平凡的家庭,没有特别轰轰烈烈的事迹,却以坚强、进取、互敬、互爱、和睦、温馨、幸福的气氛感染着身边的每一个人,用生活中的平凡小事和夫妻情感诠释着家与爱的真谛,用真情与挚爱搭建幸福的港湾。
丈夫王安是一名驾驶员,常年辛勤奔波在路上,由于工作的特殊性,作为妻子的陈克胜,不仅在生活上要多关心丈夫,更重要的是要减少丈夫的思想负担,他每日的安全归来是全家人最大的期盼。在工作中相互支持,在生活上互相关心,当意见发生分歧时,及时沟通,理智地解决各种问题,多年来,夫妻两人没有红过脸。
陈克胜负责的部门是公司做好稳定接“地气”的重要关口,天天与职工群众打交道,服务好退休老同志和下岗人员社会保障、协调好居民之间的矛盾纠纷是她的职责。为了做到事事有人管,件件有结果,她专门在办公室做了一个来访登记本,记录着每天前来办事人员所要求解决的问题,及解决问题的结果,都一一记录在册,解决不了的及时与公司领导或上级相关部门联系,尽量做到矛盾不上交,不推脱,切实为职工及时解决实际困难,对退休和下岗职工做到主动热情,服务周到,耐心解答各项政策疑问。特别是在每年政策性的调资时,为了让640余名退休老同志春节前都能拿到手中,面对每个退休人员工龄、退休时间和增资金额各有不同,就怕算错了,一遍遍地核一个个地对,直到按时准确无误地发放到退休人员手中,绷紧的神经才算松了下来。一分耕耘一分收获,在8年的连续增资工作中没有出现过一丁点差错,得到了退休职工的肯定和赞扬。
去年6月儿子王诚瑞考入了理想中的大学,离家千里之外,最不习惯的是孩子的姥姥,之前孩子还在家门前上高中时,每天中午吃饭后的休息时间会给姥姥按摩疼痛的腿脚,周末会为忙碌工作和家务的妈妈捶背按脚;特别是2011年姥姥在医院住院时,孩子中午放学回家吃完饭赶紧骑着车又去给老人家送饭,说路上车多不让妈妈去送;在陈克胜生日时,孩子用自己的零花钱给奶奶买了一个加湿器,他说“妈妈的生日是姥姥的受难日,冬天楼房供暖后温度高,空气变得干燥,有了加湿器可以让患有哮喘的姥姥呼吸舒畅些……”通过生活中的点点滴滴,孩子不知不觉中已经长大了,懂得了“百善孝为先”这个道理,学会了尊重,学会了孝敬,学会了感恩。
中图分类号:TU391,TU323.1,TU311.2 文献标志码:A 文章编号:16744764(2017)03000112
Abstract:Applying the ANSYS FE, the paper analyzed the stability behavior of welded Q460 Isection columns with slender web under biaxial bending and proposed practical formulas for predicting the stability capacities of such members.Parameters considered in the analysis included web slenderness, member slenderness, flange slenderness and loading eccentricities. The results showed that the detrimental effect of web local buckling on the stability capacity of the member is more significant for axial load dominated members than for bending moment prevailed members. Comparison to the current code method showed that the later can not accurately predict stability capacities of such members. The proposed modified DSM method demonstrates rather good accuracy, meanwhile is safe.
Keywords:highstrength steel; welded Isection with slender web; biaxial bending; stability; direct strength method
工形压弯构件腹板局部屈曲后,构件尚具有较高的稳定承载力,若将腹板高厚比适当放大,形成薄腹工形截面构件,可以充分利用腹板的屈曲后强度,实现钢材经济有效地利用。普通钢材(Q235)此类构件的稳定性能已得到较深入的研究[16]。近来,随着高强钢在工程实际中的广泛应用[78],高强钢构件的稳定设计方法研究成为急需解决的问题。目前,对高强钢构件稳定性研究主要集中于受压构件整体稳定性 [913],对受压构件相关屈曲也有一些研究 [1415],而对高强钢焊接薄腹工形截面受压构件稳定性的研究尚未见报道。鉴于此类构件的优越性以及高强钢焊接构件与普通钢构件受力性能的差异,需对高强钢焊接薄腹工形截面受压构件稳定性能进行深入研究。本文应用ANSYS有限元,分析Q460高强钢焊接薄腹工形截面双向压弯构件的稳定性能,同时提出可供实际应用参考的设计公式。
1有限元模型及验证
1.1有限元模型
研究对象为两端铰接薄腹工形截面双向偏压构件,如图1所示。Q460钢材本构关系采用Mises屈服准则、多线性随动强化模型[16],其应力应变关系如图2所示,其中,fy= 460 MPa, fu= 550 MPa, εy = fy / E, εst = 0.02 ,εu= 0.14,弹性模量E=206×105N/mm2,材料泊松比υ=0.3。构件的初始几何缺陷包括构件的初弯曲和腹板的局部凸曲。整体初弯曲在x轴和y轴方向各取为一个正弦半波,矢高为L/1 000(L为构件长度),按照《钢结构工程施工质量验收规范》(GB 50205―2001)[17],腹板的局部初始凸曲应不超过3hw/1 000(hw为腹板高度)。经有限元初步试算,施加初始局部缺陷3hw/1 000和hw/1 000后的计算结果基本接近,因此,所分析的构件均选取hw/1 000。施加初始几何缺陷时,先进行双向压弯构件特征值屈曲模态分析,分别得到腹板屈曲模态及构件绕2个主轴的整体屈曲模态,再按上述限值同时引入模型中。
Q460焊接工型截面残余应力采用文[18]给出的模式,如图3所示。其中,残余拉应力峰值分别为σfrt=345 MPa、σfrte=35 MPa、σwrt=35 MPa;残余压应力峰值按式(1)计算:
式中:tw、bf、 tf分别为腹板厚度,翼缘自由外伸宽度和翼缘厚度。
把残余应力作为初应力,编制成残余应力文件,在第一个荷载步读取该文件施加在单元积分点上。模型单元选取适用于大应变非线性分析的四边形壳单元shell181。模型端截面所有节点的自由度与主节点进行耦合,以防止荷载施加局部应力集中。两端部约束按理想铰接处理,施加在主节点上,上部约束为Ux=Uy=ROTz=0,下部约束为Ux=Uy=Uz=ROTz=0,如图4。
1.2有限元模型的验证
1.2.1模型验证1对文[19]腹板高厚比超限的焊接工字钢压弯构件平面外失稳的试验构件进行有限元模拟。试件几何尺寸、初始几何缺陷、残余应力分布模式及材料的屈服强度见文[19],有限元分析结果和试验对结果比如表1所示。其中,Pu表示实验值,Pe表示有限元分析值,(Pe-Pu)/Pu×100%为误差。
误差最大值为9.48%,最小值为-2.89%,有限元模拟值与实验结果吻合较好,所建有限元模型可以较准确地模拟薄腹构件的承载力。
1.2.2模型验证2文献[20]提供了工形截面双向偏心受压的试验数据,取其中的8个构件进行有限元模拟,钢材均为ASTMA36钢,试件几何尺寸、初始几何缺陷和残余应力分布模式见文[20],有限元结果与试验结果对比如下表2。
从表2中可以看出,误差最大值8.2%,最小值-3.14%,误差平均值2.27%,有限元模拟值与试验结果吻合较好,说明有限元模型能较准确地模拟双向偏压构件的承载力。2参数分析
2.1参数的选取
变化参数为:腹板高厚比,翼缘宽厚比,构件长细比,荷载偏心率。腹板高厚比hw/tw选取大于钢结构规范[21]规定的压弯工形截面腹板高厚比的限值。根据规范,计算得所选取构件腹板高厚比限值最大为436,分别取50、60、80、100、120进行参数分析。
选取构件的翼缘宽厚比bf/tf满足钢结构规范[21]的限值规定。Q460高强钢压弯构件翼缘宽厚比应满足bf/ tf≤ 9.29,分别取5.6、6.5、7.1、7.8、8.7进行分析。构件常用的长细比在50~100之间,取较大长细比λy=40(λx=13);λy=50(λx=17);λy=60(λx=20);λy=70(λx=23)和λy=80(λx=27)5种情况进行分析。荷载相对偏心率分别取εx=1.0、 εy=0.5;εx=2.0、 εy=1.0;εx=5.0, εy=1.5共3N情形。其中,λy和λx表示绕截面强轴和弱轴的长细比,εx和εy表示截面强轴和弱轴方向的偏心率。2.2腹板高厚比的影响
保持腹板高度、翼缘宽度、翼缘厚度以及构件长细比不变,改变腹板厚度来分析腹板高厚比变化对Q460高强钢焊接薄腹工形截面双向压弯构件稳定性能的影响。
图5(a)给出了一典型构件(λy=80、 λx=27、hw/tw=80) 的荷载位移曲线。图中横坐标表示跨中x轴方向的挠度Ux,纵坐标为轴向压力P(下同)。
图5(b)所示为典型构件(λy=80, λx=27)腹板高厚比与构件极限承载力的关系曲线。由图5可知,构件的稳定承载力随腹板高厚比的增大而减小,这主要是因为腹板高厚比增大的同时,腹板局部屈曲越容易产生,致使构件承载力降低。此外,构件的承载力随偏心率增大不断下降,而且荷载偏心率增加的幅度越大,腹板高厚比与构件稳定承载力的相关曲线越平缓。这是因为,随着偏心率的增大,弯矩起主导作用,轴压力影响变弱,局部屈曲对构件稳定承载力的影响变小。腹板高厚比由50增至120,构件承载力最大降低达10.22%。
以Mx/Mpx、My/Mpy、P/Py为坐标绘出Q460高强钢焊接薄腹工形截面双向压弯构件极限承载力相关曲线,如图6(λy=60、λx=20), Py=Afy ,Mpx=Wpx fy ,Mpy=Wpy fy ,其中,Wpx和Wpy为截面强轴和弱轴方向塑性抵抗矩。
从图6(a)、6(b)以看出:相关曲线随着腹板高厚比的增大而不断降低。同样可见,轴压力起主导作用时,腹板高厚比影响严重。双向受弯的相关曲线为图6(c)所示。
2.3构件长细比的影响
保持构件截面腹板和翼缘的尺寸均不变化,通过改变构件长度来分析长细比变化对构件承载力的影响。当hw/tw=80时,荷载偏心率εx=1.0、εy=0.5,所得构件荷载位移曲线如图7(a)所示。图7(b)给出了长细比与构件极限承载力关系曲线。
由图7(b)可知,随着长细比的增大,构件的承载力降低,且随着荷载偏心率的增加,长细比对构件极限承载力的影响减小,这同样是因为随着偏心率的增大,弯矩起主导作用,轴压力影响变弱,局部屈曲对构件极限承载力的影响减弱。长细比由40增至80,构件承载力最大降低40.30%。
图8给出了构件稳定承载力的相关曲线(hw/tw=80)。图8(a)、8(b)为单向受弯的相关曲线,图8(c)为双向受弯时的相关曲线,其变化规律同2.2节。
2.4翼缘宽厚比的影响
保持构件的长细比,构件截面腹板尺寸和翼缘宽度不变,通过改变翼缘厚度来分析参数翼缘宽厚比对构件稳定承载力的影响。图9(a)给出了构件(λy=80、λx=17、hw/tw=100,bf/tf=6.5)的荷载位移曲线。图9(b)所示为翼缘宽厚比与构件极限承载力的关系曲线。
由图9(a)中可以看出,随着翼缘宽厚比增大,构件的承载力降低。这是因为翼缘对腹板约束作用随翼缘宽厚比增大而减弱,腹板局部屈曲更容易发生,从而降低构件的稳定承载力。翼缘宽厚比由56至8.7,构件承载力最大降低13.11%。
图10为构件承载力的相关曲线(λy=80、 λx=17、hw/tw=100)。图10(a)、10(b)为单向受弯的相关曲线,图10(c)为双向受弯时的相关曲线,其变化规律同2.2和2.3节。
2.5钢材强度等级的影响
选取一典型的Q460钢构件(λy=80、λx=27、 εx=2.0、 εy=1.0)和与之相当的Q235钢构件(λy=112、λx=38、εx=2.0、εy=1.0),分析其稳定承载力,其中,将Q460钢构件的长细比、腹板高厚比和翼缘宽厚比乘以460/235得到Q235钢构件相应参数,所分析的Q235钢构件采用的应力应变曲线及残余应力模式详见文[1]。如图11(a)为Q460构件(λy=80、λx=27、hw/tw=80、εx=2.0,εy=1.0)和与之相当的Q235钢构件(λy=112、λx=38、hw/tw=112、εx=2.0、εy=1.0)的荷载位移曲线。分别取不同腹板高厚比,分析得到腹板高厚比与构件稳定承载力关系曲线,如图11(b)。可以看出,与Q235钢构件相比,Q460高强钢构件的承载力较高,且在腹板高厚比较大时,差别较大,最大差别达8.95%。
选相同腹板高厚比(hw/tw×fy1460=80)的两种强度等级的钢构件,得到Q460钢构件(hw/tw=80)和与之相当的Q235钢构件(hw/tw=112)的稳定承载力随长细比(λy×fy1460)变化的关系曲线,如图12所示。Q460高强钢构件的承载力高于Q235钢构件,且在长细比较小时,差别较大,最大差别达9.24%。
图13为Q460钢构件(hw/tw=100、λy=80、 λx=17、εx=2.0、εy=1.0) 及相当的Q235钢构件(hw/tw=140、λy=112、λx=24、εx=2.0、εy=1.0)翼缘宽厚比与稳定承载力的关系曲线。同样,相对于Q235钢构件,Q460高强钢构件的承载力较高,且在翼缘宽厚比较大时,差别较大,最大差别达8.18%。
可见,与Q460高强钢轴压构件一样[16],普通钢构件的稳定承载力计算方法不适宜于Q460高强焊接薄腹工形截面受压构件。
3设计公式
3.1现行设计方法
根据钢结构设计规范[21],薄腹工形截面双向压弯构件稳定设计公式如下:
式中:P为轴向压力设计值;Mx和My为绕截面强轴和弱轴的弯矩设计值;Ae,Wex,Wey为工形截面腹板屈曲后截面有效截面面积和有效截面2个方向受压最大纤维抵抗矩,腹板有效截面取腹板两侧20tw2351fy范围内的腹板;φx和φy为轴心受压构件绕截面2个主轴失稳的稳定系数;φbx和φby为受弯构件的稳定系数,对于工形截面φby=1.0;γx和γy为截面两个方向的塑性发展系数;f钢材强度设计值;P′Ex=π2EA/(1.1λ2x),P′Ey=π2EA/(1.1λ2y)。
根据上述方法,用fy替代f算得前节有限元分析构件的稳定承载力见表3的第3列,与有限元分析结果比较见第6列,可见这一方法大多数情况偏于保守。误差最大为51.1%、最小为22.9%、平均值为36.7%、标准差为7.9%。误差的原因一是由于规范有效截面法本身不够准确[34],二是规范稳定系数是依据Q235~Q420钢构件的残余应力而确定,与Q460有所差别[911,24]。
3.2直接强度法(DSM1)
鉴于现行规范方法误差较大,根据文[22],并结合上述规范方法,提出如下直接强度法的设计公式
根据本节方法,算得前节有限元分析构件的稳定承载力见表3的第4列,与有限元分析结果比较见第7列,可见这一方法大多数情况仍然偏于保守。误差最大为50.3%、最小为18.6%、平均值32.2%、标准差9.6%。
误差的主要原因是由于Pnl和Mnl是基于冷弯薄壁型钢构件得出的,通常采用的板件宽厚比及考虑的初始缺陷与焊接薄壁钢构件有所不同[25]。
3.3修正的直接强度法 (DSM2)
鉴于上述计算方法对于Q460高强钢焊接薄腹构件的有限元计算结果偏于保守,故参照Q235焊接薄壁轴压构件类似的修正方法[25],依据已有直接强度法公式形式和有限元结果进行非线性回归分析,对相关屈曲承载力Pnl和Mnl的系数进行修正,具体公式如下。
根据此法,算得前节有限元分析构件的稳定承载力见表3的第5列,与有限元分析结果比较见第8列,可见此法较前两种方法精度大有提高。误差最大为30.2%、最小为13.8%、平均值为21.5%、标准差为4.4%。
从表3中可以看出,对于长细比较小和腹板高厚比较小的构件,钢结构规范的方法偏于保守,DSM1有所改善,DSM2与有限元的结果较接近;对于长细比较小和腹板高厚比较大的构件,钢结构规范和DSM1的计算结果都偏于保守,DSM2与有限元结果较接近;腹板高厚比一定时,对于偏心较小和长细比较小的构件,钢结构规范的计算结果偏于保守,DSM1有所改善,DSM2的计算结果与有限元结果较接近,而对于偏心和长细比较大的构件,三N方法与有限元的结果都较接近。总体来看,修正的直接强度法(DSM2)与有限元的结果较接近。
4结论
通过上述ANSYS有限元Q460高强钢焊接薄腹工形截面双向压弯构件的稳定性能分析,可以得到下面的结论:
1)与普通钢材焊接薄腹工形截面压弯构件的稳定性能类似,腹板高厚比增大,构件的稳定承载力则降低;承载力降低程度除与腹板高厚有关外,还与构件参数长细比、荷载的偏心率和翼缘的宽厚比直接相关。较大宽厚比翼缘对腹板的约束小,腹板屈曲更容易发生。偏心率增大,轴压力影响变小,对承载力的影响也就相对减弱。
2)现行规范的方法不能准确地计算Q460高强钢焊接薄腹工形截面双向压弯构件的稳定承载力,该方法绝大多数情况偏于保守。
3)所提修正直接强度法(DSM2)与有限元的结果较接近,且偏于安全,可用于计算Q460高强钢焊接薄腹工形截面双向压弯构件的稳定承载力及其相关设计。
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中图分类号:TU391 文献标志码:A
0 引 言
随着中国进行产业结构调整以适应未来二次现代化的内在要求,淘汰落后产能、推进技术改造已成为工业界目前发展生产力的重点,因而对已有钢结构在加固技术方面提出了更高要求。作为钢结构加固方法中最传统和最重要的手段,负载下焊接加固技术以其良好的经济性、可行性和耐久性已在各类结构加固工程中得到广泛应用。然而,负载下焊接加固技术的初始条件和过程控制的影响综合复杂,尚未得到系统的研究和结论,且此前相关研究几乎全部集中于受弯构件[12]和轴压构件[36],尚缺乏对压弯构件的相关讨论。
研究表明[7],加固方式、屈曲方向、长细比、初始几何缺陷、初始负载(初始应力比)、加固构件尺寸和强度等都可能影响钢结构负载下焊接加固轴压构件和受弯构件加固过程的受力性能及加固后的承载力,而负载下焊接加固压弯构件受力性能的影响因素可能更多且更复杂[8]。
基于所完成的负载下焊接加固压弯构件试验[9]及其数值模型验证,采用考虑焊接热影响的无摩擦有限元分析方法具备一定可行性和总体安全性,本文考虑扩大规模进行影响因素分析,为规范修订提供参考和依据。
1 有限元参数化和模型建立
1.1 参数化目标
为研究不同因素对负载下焊接加固压弯构件的焊接残余变形和极限承载力的影响,本文采用如图1所示的工字形截面翼缘外对称贴焊钢板加固钢柱,钢柱置于柱底固接、柱顶面内自由且面外无平动的约束条件下,选取不同初始最大应力比、偏心距、长细比及焊接热输入等级(表1)等目标参数分别进行计算,其中,绕强轴方向为面内,绕弱轴方向为面外。
不同偏心距和长细比的试件其相同初始应力比对应的初始负载P0不同;面内、面外长细比通过有限元分析的相应特征值屈曲荷载由欧拉公式(1)反算的面内、面外计算长度系数进一步计算;A级与B级焊接热输入等级分别取相关文献有关加固焊接的规定和试验[911]中的较小值与较大值。焊接的模拟采用简化的串热源模型,控制生热速率和焊接时间输入,焊接顺序为先焊接受压远侧,再焊接受压近侧,由固定端向另一端分区段进行,焊接完受压远侧后冷却1 h再焊接受压近侧,全部焊接完后再冷却1 h。
μ=πEIPcrl2
(1)
式中:μ为构件计算长度系数;E为构件弹性模量;I为截面惯性矩;l为构件长度;Pcr为有限元分析得到的特征值屈曲荷载。
1.2 钢材材性和初始缺陷
进行有限元计算的钢材材性参数取值参照《钢结构设计规范》中Q345钢的材性参数,屈服强度fy=345 MPa,极限强度fu=470 MPa。不同温度下的材性按欧洲规范[12]确定,其中不同温度下的屈服应变εyT、对应屈服强度的最大应变εsT和极限应变εuT分别取0.02,0.15和0.20。
本文对工字形截面和加固板的初始残余应力分别采用文献[13]及ECCS《钢结构稳定手册》中的模型进行分析,得到的初始残余应力分布分别如图2(a)和图3(a)所示,有限元方法考虑网格划分后所采用的焊接残余应力分布简化模型如图2(b)和图3(b)所示,通过inistate命令在ANSYS模型中施加。整体分析前先进行数值迭代,求解得到平衡的残余应力分布如图4所示,沿构件全长各截面数值基本相同且与简化输入存在较小误差(约10 MPa)。
初始几何缺陷大小同《钢结构设计规范》水平按1/1 000杆长施加,同时由于结构屈曲时的位移倾向于特征值屈曲分析的最低阶模态,按照一致缺陷模态法,对不同长细比构件和不同偏心距情况分别提取一阶模态分布模式,施加到非线性屈曲分析作为初始缺陷分布,本文主要有如图5所示的2种分布模式。
考虑原构件实际存在一定初始缺陷,而负载下加固焊接过程又进一步引起缺陷,因而本文分析时区分初始缺陷和过程缺陷。先进行特征值屈曲分析,提取一阶模态,再重新进入求解层施加初始几何缺陷和初始残余应力得到初始缺陷构件,然后在此基础上进行加固焊接过程模拟的热结构耦合分析,进而得到加固焊接残余变形和加固焊接残余应力。
完成了12个未加固压弯钢柱、6个无负载未焊接加固压弯钢柱、12个无负载焊接加固压弯钢柱和42个负载下焊接加固压弯钢柱的受力全过程模拟分析,获得各因素影响规律。
2 有限元结果及影响因素分析
2.1 原柱极限承载力与最大名义应力比
最大名义应力采用下式计算
σomax=NoAon+Mox+NoωoxαNxWonx
(2)
σomax=NoAon±MoxWonx
(3)
σomax=NoAon±MoxαNxWonx
(4)
式中:σomax为最大名义应力;No,Mox分别为未加固构件初始轴力及对x轴的弯矩;ωox为未加固构件绕x轴的初始挠度;Aon,Wonx分别为未加固构件净截面面积及净截面惯性矩;αNx为增大系数;A,λx分别为原构件毛截面面积及对x轴的长细比。
《钢结构加固技术规范》(CECS 77:96)给出了一般情况下焊接加固结构受轴心压(拉)力和弯矩作用时原构件在轴力和弯矩作用下的最大名义应力计算公式(2)。除了此公式之外,确定名义应力的方法还有材料力学的截面公式(3),以及进一步通过放大系数考虑二阶效应的公式(4)。本文按照公式(4)求得最大名义应力与钢材屈服强度fy的比值α2,将最大名义应力比α2与参数化构件的目标应力比相对应,据目标应力比反推有限元分析中需施加的初始负载P0,同时用P0分别按公式(2)和公式(3)计算得到相应最大应力比α0和α1。有限元分析得到原柱的极限承载力Pu,将P0/Pu与α0,α1,α2在同一图中进行对比,如图6所示。
发现公式(2)计算的名义应力比α总是大于1.0,因此如果按照公式(2)来考察是否能进行加固,将使得负载下焊接加固方法完全不可用。将考虑二阶效应的公式(4)计算得到的应力比α2与未加固构件的P0/Pu相比,两者在绕强轴方向的长细比λ0x不超过62.5(l=3 210 mm)时吻合较好,λ0x小于94.2(l=4 860 mm)时比较接近,而随着长细比增大,α2比P0/Pu偏小越多,主要是由于长细比越大的构件越易于失稳,极限承载力越低。此外,按材料力学截面公式(3)计算的名义应力比α1整体比考虑二阶效应的计算结果偏小。
综上所述,在常见长细比小于100的范围内使用考虑二阶效应的公式(4)计算最大名义应力比是合理的,可以在一定程度上反映未加固构件的初始负载水平。因此,在新颁布《钢结构加固设计规范》中使用了该公式。
2.2 荷载位移曲线
有限元结果发现,参数化模拟的所有构件最终均发生空间弯扭破坏模式,如图7所示。有限元典型柱顶面内荷载水平位移曲线及柱三分点荷载面内、面外位移曲线如图8,9所示,其中,e为柱顶的面内偏心距,σ0为按公式(4)计算的构件初始最大应力比。由图8,9可知:所有构件在达到极限承载力前,随着荷载P增加,构件面内位移发生从线性到非线性的增加,而面外位移变化极小;达到极限承载力后,构件面外位移迅速发展,乃至超过面内位移,这种面内、面外变形发展特征与构件弯扭破坏的形态是相适应的。
由图8,9还可知,随着柱长度(长细比)和偏心距增大,失稳时面外位移变化趋势越来越明显,达到极限承载力后下降段的面外位移下降速率越来越快,甚至快过面内位移。
此外,柱长度(长细比)和偏心距越大,极限承载力越低。焊接热输入和初始负载越大,焊接后面内的荷载位移曲线平台段长度及残余变形越大,极限承载力也越低。影响极限承载力的主要因素依次为偏心距、柱长度(长细比)、焊接热输入、初始负载。
对于初始几何缺陷模式为S1(主要为面内缺陷)的情况,其面外失稳时的偏向是不确定的和随机的,面外荷载位移曲线体现为分叉失稳特征。对于初始缺陷为S2(包括面内和面外缺陷)的情况[图8(f)和图9(b)],其面外位移方向与初始几何缺陷一致,面外位移影响规律也与面内位移一致,即焊接热输入和初始负载越大,焊接后荷载位移曲线的平台段长度及残余变形越大。
2.3 焊接残余变形
图10为不同影响因素下柱顶面内水平焊接残余变形。由图10可知:其他条件不变的情况下,焊接热输入越大,焊接残余变形ωw越大;初始应力比越大,焊接残余变形越大;柱长度(长细比)越大,焊接残余变形越大。影响焊接残余变形的主要因素依次为焊接热输入、初始负载(初始应力比)、柱长度(长细比)。
由图10可以看出,偏心距对于对称焊接加固的焊接残余变形不敏感。图11为不同影响因素下非对称焊接加固的柱顶面内水平焊接残余变形。由图11可以看出,偏心距和初始应力比对于非对称焊接加固(仅焊接偏心受压远侧加固板)的焊接残余变形有抑制作用,偏心距或初始应力比越大,焊接残余变形越小,但考虑到偏心受压远侧焊接时残余变形方向与面内偏心相反,对承载力有利,故偏心距越大,这种有利作用越小。
负载下焊接加固变形的来源主要有3个方面:①高温区退出工作后的构件变形;②构件受焊缝收缩变形;③受压时构件附加弯曲变形。由于钢构件本身一般截面不大,热影响区在截面上的占比大小对焊接热输入比较敏感,同时热影响区在负载下产生不可恢复的塑性变形构成最终残余变形的主要部分;初始负载要起作用则有赖于热影响区的发展,即导致非热影响区截面同时承担来自初始负载的压力和平衡热影响区拉应力合力产生的压力而部分进入塑性,因而焊接热输入的影响大于初始负载(应力比)的影响。构件长度的影响又有赖于初始负载,实际是对初始负载的一种几何放大效果(二阶效应),同时构件长度越长意味着焊接加固时间越长,先期加固完成的部分冷却后形成整体,增大了刚度,趋于抑制该放大效果。
3 结 语
(1)初始负载下最大名义应力比(初始应力比)的计算使用考虑二阶效应的公式可以在一定程度上反映未加固构件的初始负载水平。
(2)所有构件最终均发生空间弯扭破坏模式,长细比和偏心距越大,失稳时面外位移变化趋势越明显;初始几何缺陷模式和大小影响失稳破坏方向及焊接残余变形大小。
(3)极限承载力的主要影响因素依次为偏心距、柱长度(长细比)、焊接热输入、初始负载(初始应力比)。
(4)焊接残余变形的主要影响因素依次为焊接热输入、初始负载(初始应力比)、柱长度(长细比),而焊接残余变形在对称加固时对偏心距不敏感。
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爱的港湾,对于每个人来说爱的港湾不只是家,而对于我来说爱是港湾就只有一个那就是我的家,家是一个调色盘,爸爸是黑色,妈妈是红色,姐姐是蓝色,我是粉色,黑色代表霸气;红色代表喜气;蓝色代表秀气;粉色代表娇气;家代给了我一个幸福是港湾,家带给了亲切我家人,家带给了我幸福,家带给了我爱的港湾。
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变得孤独
变得寂静
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没有了以往的亲情四溅
爸爸
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随着安全工作的各种法规、法律的进一步建立与完善,我们的从业人员可以在一个受到保护,稳定又安全的环境下安心工作了,我们就此可以满足了嘛?!不可以!”,相信任何一个关注着安全问题的人,其回答都是斩钉截铁的,想法都是同出一辙的,因为不安全的隐患、因素还依然存在,潜伏着准备随时给我们致命的一击,安全生产事故是我们每一个人都无法承受的生命负重。安全工作是一项应该常抓不懈的工作,如果忽视它,那它就是一块暗礁,会在不经意之间给予我们危险冲撞;如果重视它,那它就是一个港湾,会在望眼欲穿的期盼我们平安的回归。我们不需要“悔不当初”的感慨,更不需要有什么“亡羊补牢”的故事!
人生路漫漫又汲汲,愿安全相伴你我!它似黑夜里的一盏桔灯,虽然渺小,却可以指引你迷失的方向;它似古寺里的一铸铜钟,虽然久远,却可以敲醒你混沌的思想;它似寒冬里的一根火柴,虽然短暂,却可以点燃你生命的搏动。安全之基,故生命如此多娇,引劳动人民尽折腰。现在的我们,还拥有强而有力的心跳,还在幸福的活着,还可以忙碌的工作着,那就让我们一手把握安全,一手把握生命,去迎接明天那慢慢升起的第一缕阳光!
希望你看了我的信,从心里更加重视安全生产,不做好安全工作,对不起企业,更对不起家庭。
你是一个细心、体贴的好老公,同时也是一个对工作认真负责的好职工,希望你对安全施工能常抓不懈,要紧记你的安全才是我最大的幸福。
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家,是我们避风的港湾,是我们休息的驿站,当你疲惫时,你可以在家中尽情地享受那份舒适的闲情;当你苦闷时,你可以在家中任意发泄;当你心有千千结时,你可以在家中倾诉。